新能源汽車電池包箱體連接技術

電池包箱體（tǐ）連接技術

輕量化（huà）的發展對連接技術提出了新的挑戰，如何通過輕量化材料的連（lián）接技術來保證箱（xiāng）體的安全性能（néng），是電池箱體輕量化過程（chéng）中（zhōng）的一項重要課題。目前（qián）電池包（bāo）箱體生產中應用到（dào）的連接技術主要包括焊接（jiē）技術和機械連接技術。

焊接是電池箱體加（jiā）工過程中的主要連接工藝，電池箱生產（chǎn）中（zhōng）應用到的焊接技術包括傳統熔焊（hàn）、攪拌（bàn）摩擦焊、冷金（jīn）屬（shǔ）過渡技術、激光焊、螺柱焊、凸焊等。電池箱體中目前涉（shè）及到的機械連接方式有安裝（zhuāng）拉鉚（mǎo）螺（luó）母和鋼絲螺套兩種（zhǒng）緊固標準件方式。

傳統熔焊

箱體加（jiā）工中應用（yòng）到的熔焊方法有TIG和MIG焊，TIG和MIG焊作（zuò）為成熟的（de）焊接技術，在箱體上應用具有使用靈活、適用性強、生產成本低等優勢，目前在箱體（tǐ）連接上（shàng）已進行（háng）了較多的應用（yòng）。TIG焊接速度低，焊縫質量好，適用於點固焊和複雜軌跡（jì）焊接，在箱體中一（yī）般應用於邊框拚焊和邊梁小件焊接；MIG焊接速度高，熔透能力強，在（zài）箱體中一般應用於邊框底板總成（chéng）內部整圈焊接。

目前鋁合金TIG/MIG焊接尚（shàng）存在一些問題需（xū）要解決。

焊接缺陷的（de）控製 鋁合金由於其化學成分和物理性能的特點，在進行TIG/MIG焊接時產生熱裂紋傾向嚴重，且容（róng）易產生氣孔。在實際生產和試驗過程中，熔焊（hàn）焊縫是箱體密封及機械失效主要發生的位置，是箱體性能薄弱部位。如何控製TIG/MIG焊接過程中裂紋、氣孔等焊接缺（quē）陷的產生及檢驗識別，提高（gāo）焊接質量，在實（shí）際生產中具有重要意義。

焊接變形的控製TIG/MIG焊接熱輸入（rù）較高（gāo）且鋁合金線（xiàn）脹係數（shù）大，導致箱體焊後變形嚴（yán）重，不（bú）利於箱體尺寸的（de）控製，影響生產效率和產品合格率。針對焊接變形（xíng）問題，可采取結合CAE分析（xī）優（yōu）化焊接工藝、采（cǎi）用反變形法（fǎ）等方法進行控製。

焊接效率的提高 目前實際生產中（zhōng）TIG/MIG多（duō）采（cǎi）用人（rén）工焊接（jiē），生產效率低（dī），勞動強度大，焊接一致性（xìng）難以保證。采用自動化焊接方式是發展趨勢，通過機械手臂（bì）配合變位機實現電池箱體的全位置焊接，可大（dà）幅提高焊接效率和焊接質量，並降低生產成本。

攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊（F r i c t i o n s t i r welding，FSW）是英國焊接研究所（TWI）於1991年發明的一種新型固相焊接方法。攪拌摩擦焊接過程中，以攪拌針及軸肩與母（mǔ）材摩擦產熱為熱源，通過攪拌針的旋轉攪拌和軸肩的軸向壓力實現對軟化母材的擠壓和鍛造，最終得到具有（yǒu）精細鍛造組織特征的焊接接頭，不同於熔焊（hàn）接頭的鑄（zhù）造組織。

相對於傳統焊接，攪拌摩擦焊具有適用範圍廣、接頭（tóu）質量高（gāo）、焊接（jiē）成（chéng）本低、便於自動化等諸多（duō）優點。攪（jiǎo）拌摩擦焊在鋁擠型材電池箱體中（zhōng）已得（dé）到大規模廣泛應用。由於焊（hàn）接（jiē）裝配要求，目前焊接部位主要集中在底板型材對拚焊接和邊框與底板總成焊接工序。底板型材對拚（pīn）焊接為對（duì）接接頭形式，一般進（jìn）行正反雙麵焊接；邊框與底板總成焊接一般為鎖底接頭形式或對接接頭形式，鎖底接（jiē）頭形式進行單麵焊接，對接接頭形式進行正反雙麵焊接。

目前攪拌摩擦焊在電（diàn）池（chí）箱體上應用（yòng）需要解決的問題有：

焊接應用範圍（wéi）有待（dài）擴大 攪拌摩擦焊可靠（kào）性（xìng）優於（yú）熔焊，而由於（yú）焊接機理的限製，其不適用於邊框拚焊和邊梁（liáng）小件焊接，而該部位為氣密及機械失效薄弱位置。針（zhēn）對此問題，通過設計避免上（shàng）述焊縫和通過工藝創新實（shí）現攪拌摩擦焊在上述位置的焊接（jiē）應用，以提高產品的質量和可靠（kào）性。

焊接生產效率有待提高 目前（qián）電池箱（xiāng）體（tǐ）生產過程中攪拌摩擦焊焊接速度相對偏低，且對工裝（zhuāng）依賴性大，工裝較（jiào）複雜，造成生產效率低，成本較（jiào）高（gāo）；底（dǐ）板拚焊實行雙（shuāng）麵焊接，焊接過程中需進行翻麵，影（yǐng）響焊接效率。針（zhēn）對生產效率問題，改進（jìn）的途（tú）徑有：通過焊接工藝優化並結合攪拌頭設計提高焊接速度，實（shí）行高速焊接；采用雙（shuāng）機頭雙麵對稱焊接或雙軸肩/多軸肩焊（hàn）接（jiē）方法，實現一次焊接雙麵成形，避（bì）免翻麵；優化焊接工裝設計提高自動化程度來提高生產效率。

焊接接（jiē）頭性能評價有待完善 目（mù）前對於接頭性能評價方式偏重於靜態強度評價，對於動態性能和疲勞性能評價比（bǐ）較（jiào）欠缺，而這是電池（chí）箱體接頭設計和焊接工藝製定（dìng）的重要理論支撐。隨著輕量（liàng）化的發展（zhǎn），底板對（duì）拚焊縫支撐寬度減小，無法（fǎ）實現全焊（hàn）透，需要對接頭的性能做出更完善的（de）評價。

激光焊

激光焊接（ L a s e r b e a m  welding，LBW）是以（yǐ）高能量（liàng）密度的激光束作為能（néng）源的一種高效（xiào）精密焊接方法，具有（yǒu）焊接質量（liàng）高、精（jīng）度高、速（sù）度快的特點，被譽為21世紀最有希望的焊接方法，也是當前發（fā）展最快、研究最多的方法之一。

與（yǔ）傳統焊接方法相比，激（jī）光焊具有如下特點：

高能焊接 聚焦（jiāo）後的功率密度（dù）可達 每（měi）平方厘米105W～108W，加熱集中，完成（chéng）焊接所需熱輸入小，因而工件焊接變形小，焊縫（féng）深寬比（bǐ）大。

焊接速度快（kuài） 目（mù）前鋁合金的（de）激光焊接最大速度可達（dá）48m/min，鋼的激光焊接最大速度可達（dá）60m/min，遠高於傳（chuán）統熔焊，生產（chǎn）效率大幅度（dù）提高。

焊接質量好 對鋼焊接焊縫強度等於或大於母材（cái）。

應用範（fàn）圍廣 可實現不同型號、異種（zhǒng）金屬之間的焊接，尤（yóu）其適用（yòng）於（超）高強度鋼板及鋁合金的焊接。

激光焊在鋁合金焊接中存在的問題是激光反射，反射嚴重影響了能量利用率和焊接質量。為解決激光反射問題（tí），人們提出激光（guāng）電弧複（fù）合焊接方法（fǎ）。激光複合焊是激光焊和MIG焊兩種方法同時作用於焊接區，激光束在（zài）焊縫垂直方向輸入熱量，同時MIG焊在後方熔化（huà）焊（hàn）絲，也向焊縫輸入熱量（liàng）。開始焊接（jiē）時，先MIG焊電源形成電弧對工件加（jiā）熱，使工件表麵揮發出大量的金屬蒸氣，從而使激光束的能量傳輸（shū）更加容易，形成揮發孔，順利將激光的所有能量傳到工件上。激光複合焊焊接過程穩定，焊接速度快，形成的熔池大，搭橋能力好，具有很好的柔性（xìng）和工件的（de）適應性（如焊鋁合（hé）金（jīn））及經（jīng）濟性，有望在箱體連接方麵取得大規模應用。

冷（lěng）金（jīn）屬過渡技術

冷金屬過渡技術（shù）（Cold metal transfer，CMT）是在MIG焊（hàn）短（duǎn）路過渡的（de）基礎（chǔ）之上開發出的一種焊接技術。CMT焊接過程中，當（dāng）熔（róng）滴與（yǔ）母材發生（shēng）接觸短路時，焊機的控（kòng）製器（qì）監測（cè）到短路信號，將短路電流降到幾乎為零，同時通過送絲機回抽焊絲（sī）實現熔滴與焊絲的分離，且熔滴（dī）在無電流狀態下冷過渡，消除了傳統MIG/MAG焊中通過（guò）焊絲爆（bào）斷實（shí）現過渡而產生的飛濺。

CMT技術在電（diàn）池箱體加工過程中可取代傳（chuán）統MIG/TIG焊接進行邊框拚焊和邊框底（dǐ）板焊接部分。相（xiàng）較於傳統MIG/TIG焊接，CMT技術熱輸入明顯降低，可有效減小（xiǎo）焊接變形，有利於控製產品尺寸；可實現薄板焊接，避免薄板（bǎn）傳統MIG/TIG焊接（jiē）發生焊（hàn）穿而造成的密封和機（jī）械失（shī）效，熱輸（shū）入降低有利於控製（zhì）焊接裂紋的產生，利於箱體的輕量化設計和產品質量保證；減少（shǎo）焊（hàn）接過程中的飛濺和煙塵，改善工作環境（jìng）。

機（jī）械（xiè）連接

拉鉚螺母解決了金屬薄板、薄管焊接（jiē）螺母易焊穿（chuān）、螺紋易滑（huá）牙等問題，實現了薄（báo）板與其他部件的螺紋聯（lián）接，緊固效率高且使用成本低。在電池箱體的生產過程中拉鉚螺母主（zhǔ）要安裝於箱體邊框密封麵以（yǐ）實現（xiàn）箱體與（yǔ）上蓋的機械連接，安（ān）裝（zhuāng）於箱體內腔底板上以實現模組或其他部件與箱體的連接。

鋼絲螺（luó）套（tào）用來加強（qiáng）鋁或（huò）其他低強度機（jī）體的螺孔或修複損壞的螺孔（kǒng），可加強低強度材料機（jī）體螺孔強（qiáng）度（dù），改（gǎi）善螺紋沿旋和長度方向的受力分布和提高螺釘（dìng）的承載能力。在電池包箱體中，鋼絲螺套可用於電池模組安裝孔和密封（fēng）麵安裝孔。相對於拉鉚螺母，鋼（gāng）絲螺套強度較高（gāo）且易（yì）於修複，但一般安裝於厚壁處，不適用於薄壁安裝（zhuāng）。